Ny måde at kontrollere elektrisk ladning i 2D-materialer på:Sæt en flage på den

Fysikere ved Washington University i St. Louis har opdaget, hvordan man lokalt tilføjer elektrisk ladning til en atomisk tynd grafenenhed ved at lægge flager af et andet tyndt materiale i lag, alfa-RuCl ₃ , Oven på det.

En artikel offentliggjort i tidsskriftet Nano bogstaver beskriver gebyroverførselsprocessen i detaljer. At få kontrol over strømmen af ​​elektrisk strøm gennem atomisk tynde materialer er vigtigt for potentielle fremtidige anvendelser inden for solceller eller computere.

"På mit felt, hvor vi studerer van der Waals heterostrukturer lavet ved at specialstabling atomisk tynde materialer sammen, vi kontrollerer typisk ladning ved at påføre elektriske felter på enhederne, sagde Erik Henriksen, assisterende professor i fysik i Arts &Sciences og tilsvarende forfatter til den nye undersøgelse, sammen med Ken Burch på Boston College. "Men her ser det ud til, at vi bare kan tilføje lag af RuCl ₃ . Det opsuger en fast mængde elektroner, giver os mulighed for at foretage 'permanente' ladningsoverførsler, der ikke kræver det eksterne elektriske felt."

Jesse Balgley, en kandidatstuderende i Henriksens laboratorium ved Washington University, er anden forfatter til undersøgelsen. Li Yang, professor i fysik, og hans kandidatstuderende Xiaobo Lu, også både på Washington University, hjulpet med beregningsarbejde og beregninger, og er også medforfattere.

Fysikere, der studerer kondenseret stof, er fascineret af alfa-RuCl ₃ fordi de gerne vil udnytte visse af dets antiferromagnetiske egenskaber til kvantespinvæsker.

I denne nye undersøgelse, forskerne rapporterer, at alfa-RuCl ₃ er i stand til at overføre ladning til flere forskellige typer materialer - ikke kun grafen, Henriksens personlige favorit.

De fandt også ud af, at de kun behøvede at placere et enkelt lag alfa-RuCl ₃ oven på deres enheder for at oprette og overføre opladning. Processen fungerer stadig, selv om forskerne smutter et tyndt lag af et elektrisk isolerende materiale mellem RuCl ₃ og grafen.

"Vi kan kontrollere, hvor meget ladning der strømmer ind ved at variere tykkelsen af ​​isolatoren, sagde Henriksen. vi er i stand til fysisk og rumligt at adskille ladningskilden fra hvor den går - dette kaldes moduleringsdoping."

Tilføjelse af ladning til en kvantespinvæske er en mekanisme, der menes at ligge til grund for fysikken bag højtemperatursuperledning.

"Hver gang du gør dette, det kan blive spændende, " sagde Henriksen. "Og normalt skal man tilføje atomer til bulkmaterialer, hvilket giver en masse uorden. Men her, ladningen flyder lige ind, ingen grund til at ændre den kemiske struktur, så det er en 'ren' måde at tilføje opladning på."